Равна произведению гравитационной постоянной. Гравитационная постоянная теряет вес. К закону о всемирном тяготении

Гравитационная постоянная, постоянная Ньютона — фундаментальная физическая постоянная, константа гравитационного взаимодействия.

Гравитационная постоянная фигурирует в современной записи закона всемирного тяготения, однако отсутствовала в явном виде у Ньютона и в работах других ученых вплоть до начала XIX века.

Гравитационная постоянная в нынешнем виде впервые была введена в закон всемирного тяготения, по-видимому, только после перехода к единой метрической системе мер. Возможно, впервые это было сделано французским физиком Пуассоном в «Трактате по механике» (1809). По крайней мере никаких более ранних работ, в которых фигурировала бы гравитационная постоянная, историками не выявлено.

В 1798 году Генри Кавендиш поставил эксперимент с целью определения средней плотности Земли с помощью крутильных весов, изобретённых Джоном Митчеллом (Philosophical Transactions 1798). Кавендиш сравнивал маятниковые колебания пробного тела под действием тяготения шаров известной массы и под действием тяготения Земли. Численное значение гравитационной постоянной было вычислено позже на основе значения средней плотности Земли. Точность измеренного значения G со времён Кавендиша увеличилась, но и его результат был уже достаточно близок к современному.

В 2000 г. было получено значение гравитационной постоянной

см 3 г -1 c -2 , с погрешностью 0,0014%.

Последнее значение гравитационной постоянной было получено группой ученых в 2013, работавших под эгидой Международного Бюро Мер и Весов, и оно составляет

см 3 г -1 c -2 .

В будущем, если опытным путём будет установлено более точное значение гравитационной постоянной, то оно может быть пересмотрено.

Значение этой постоянной известно гораздо менее точно, чем у всех других фундаментальных физических постоянных, и результаты экспериментов по его уточнению продолжают различаться. В то же время известно, что проблемы не связаны с изменением самой постоянной от места к месту и во времени, но вызваны экспериментальными трудностями измерения малых сил с учётом большого числа внешних факторов.

По астрономическим данным постоянная G практически не изменялась за последние сотни миллионов лет, ее относительное изменение не превышает 10 ?11 — 10 ?12 в год.

Согласно Ньютоновскому закону всемирного тяготения, сила гравитационного притяжения F между двумя материальными точками с массами m 1 и m 2 , находящимися на расстоянии r, равна:

Коэффициент пропорциональности G в этом уравнении называется гравитационной постоянной. Численно она равна модулю силы тяготения, действующей на точечное тело единичной массы со стороны другого такого же тела, находящегося от него на единичном расстоянии.

В единицах Международной системы единиц (СИ) рекомендованное Комитетом данных для науки и техники (CODATA) на 2008 год значение было

G = 6,67428 (67)·10 ?11 м 3 ·с?2 ·кг?1

в 2010 году значение было исправлено на:

G = 6,67384 (80)·10 ?11 м 3 ·с?2 ·кг?1 , или Н·мІ·кг?2 .

В октябре 2010 в журнале Physical Review Letters появилась статья, предлагающая уточнённое значение 6,67234 (14), что на три стандартных отклонения меньше величины G, рекомендованной в 2008 г. комитетом данных для науки и техники (CODATA), но соответствует более раннему значению CODATA, представленному в 1986 г.

Пересмотр величины G, произошедший в период с 1986 г. по 2008 г., был вызван исследованиями неупругости нитей подвесок в крутильных весах.

Гравитационная постоянная является основой для перевода других физических и астрономических величин, таких, например, как массы планет во Вселенной, включая Землю, а также других космических тел, в традиционные единицы измерения, например, килограммы. При этом из-за слабости гравитационного взаимодействия и результирующей малой точности измерений гравитационной постоянной отношения масс космических тел обычно известны намного точнее, чем индивидуальные массы в килограммах.

История измерения

Гравитационная постоянная фигурирует в современной записи закона всемирного тяготения , однако отсутствовала в явном виде у Ньютона и в работах других ученых вплоть до начала XIX века. Гравитационная постоянная в нынешнем виде впервые была введена в закон всемирного тяготения, по-видимому, только после перехода к единой метрической системе мер. Возможно впервые это было сделано французским физиком Пуассоном в «Трактате по механике» (1809), по крайней мере никаких более ранних работ, в которых фигурировала бы гравитационная постоянная, историками не выявлено. В 1798 году Генри Кавендиш поставил эксперимент с целью определения средней плотности Земли с помощью крутильных весов , изобретённых Джоном Мичеллом (Philosophical Transactions 1798). Кавендиш сравнивал маятниковые колебания пробного тела под действием тяготения шаров известной массы и под действием тяготения Земли. Численное значение гравитационной постоянной было вычислено позже на основе значения средней плотности Земли. Точность измеренного значения G со времён Кавендиша увеличилась, но и его результат был уже достаточно близок к современному.

См. также

Примечания

Ссылки

• Гравитационная постоянная — статья из Большой советской энциклопедии

Wikimedia Foundation. 2010.

• Дарвин (космический проект)
• Коэффициент размножения на быстрых нейтронах

Смотреть что такое «Гравитационная постоянная» в других словарях:

ГРАВИТАЦИОННАЯ ПОСТОЯННАЯ — (тяготения постоянная) (γ, G) универсальная физ. постоянная, входящая в формулу (см.) … Большая политехническая энциклопедия

ГРАВИТАЦИОННАЯ ПОСТОЯННАЯ — (обозначается G) коэффициент пропорциональности в законе тяготения Ньютона (см. Всемирного тяготения закон), G = (6,67259.0,00085).10 11 Н.м&sup2/кг&sup2 … Большой Энциклопедический словарь

ГРАВИТАЦИОННАЯ ПОСТОЯННАЯ — (обозначение G), коэффициент закона ГРАВИТАЦИИ Ньютона. Равен 6,67259.10 11 Н.м2.кг 2 … Научно-технический энциклопедический словарь

ГРАВИТАЦИОННАЯ ПОСТОЯННАЯ — фундаментальная физ. константа G, входящая в закон тяготения Ньютона F=GmM/r2, где m и М массы притягивающихся тел (матер. точек), r расстояние между ними, F сила притяжения, G= 6,6720(41)X10 11 Н м2 кг 2(на 1980). Наиболее точно значение Г. п.… … Физическая энциклопедия

гравитационная постоянная — — Тематики нефтегазовая промышленность EN gravitational constant … Справочник технического переводчика

гравитационная постоянная — gravitacijos konstanta statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. gravitation constant; gravity constant vok. Gravitationskonstante, f rus. гравитационная постоянная, f; постоянная всемирного тяготения, f pranc. constante de la gravitation, f … Fizikos terminų žodynas

гравитационная постоянная — (обозначается G), коэффициент пропорциональности в законе тяготения Ньютона (см. Всемирного тяготения закон), G = (6,67259 + 0,00085)·10 11 Н·м2/кг2. * * * ГРАВИТАЦИОННАЯ ПОСТОЯННАЯ ГРАВИТАЦИОННАЯ ПОСТОЯННАЯ (обозначается G), коэффициент… … Энциклопедический словарь

ГРАВИТАЦИОННАЯ ПОСТОЯННАЯ — тяготения постоянная, универс. физ. постоянная G, входящая в ф лу, выражающую ньютоновский закон тяготения: G = (6,672 59 ± 0,000 85)*10 11Н*м2/кг2 … Большой энциклопедический политехнический словарь

Гравитационная постоянная — коэффициент пропорциональности G в формуле, выражающей закон тяготения Ньютона F = G mM / r2 , где F сила притяжения, М и m массы притягивающихся тел, r расстояние между телами. Другие обозначения Г. п.: γ или f (реже k2). Числовое… … Большая советская энциклопедия

ГРАВИТАЦИОННАЯ ПОСТОЯННАЯ — (обозначается G), коэф. пропорциональности в законе тяготения Ньютона (см. Всемирного тяготения закон), G = (6,67259±0,00085) х 10 11 Н х м2/кг2 … Естествознание. Энциклопедический словарь

Книги

• Вселенная и физика без «темной энергии» (открытия, идеи, гипотезы). В 2 томах. Том 1 , О. Г. Смирнов. Книги посвящены проблемам физики и астрономии, существующим в науке десятки и сотни лет от Г. Галилея, И. Ньютона, А. Эйнштейна до наших дней. Мельчайшие частицы материи и планеты, звезды и…

G = 6,67430(15)·10 −11 м 3 ·с −2 ·кг −1 , или Н·м²·кг −2 .

Гравитационная постоянная является основой для перевода других физических и астрономических величин, таких, например, как массы планет во Вселенной, включая Землю, а также других космических тел, в традиционные единицы измерения, например, килограммы. При этом из-за слабости гравитационного взаимодействия и результирующей малой точности измерений гравитационной постоянной отношения масс космических тел обычно известны намного точнее, чем индивидуальные массы в килограммах.

Гравитационная постоянная является одной из основных единиц измерения в планковской системе единиц .

Энциклопедичный YouTube

1/5

✪ УЧЁНЫЕ НАС ДУРЯТ С РОЖДЕНИЯ. 7 КРАМОЛЬНЫХ ФАКТОВ О ГРАВИТАЦИИ. РАЗОБЛАЧЕНИЕ ЛЖИ НЬЮТОНА И ФИЗИКОВ

✪ Опыт Кавендиша (1985)

✪ Урок 63. Перегрузка. Вес тела на полюсе и на экваторе

✪ Опыт Кавендиша

✪ Урок 52. Масса и ее измерение. Сила. Второй закон Ньютона. Равнодействующая.

Субтитры

7 крамольных фактов о гравитации все мыпроходили закон всемирного тяготения в школе но что мы на самом деле знаем огравитации помимо информации вложенный в наши головы школьнымиучителями давайте обновим наши познания 1 закон всемирного тяготения всемизвестна знаменитая притча о яблоке которая упала на голову ньютонуну дело в том что ньютон не открывал закона всемирного тяготения так как этотзакон просто-напросто отсутствует его книги математические началанатуральной философии в этом труде нет ни формулы не формулировки в чем каждыйжелающий может убедиться сам более того первое упоминание о гравитационнойпостоянной появляется только в девятнадцатом веке соответственноформула не могла появиться раньше к слову сказать коэффициент gуменьшающий результат вычислений в 600 миллиардов раз не имеет никакогофизического смысла и введен для сокрытия противоречий из всех известныхфундаментальных констант именно численное значение гравитационнойпостоянной определена с наименьшей точностью хотя важность этой величинытрудно переоценить все попытки прояснить точное значениеэтой константы не увенчались успехом а все измерения так и остались в слишкомбольшом диапазоне возможных значений тот факт что точность численного значениягравитационной постоянной до сих пор не превышает 1 пятитысячной редакторжурнала нынче определил как пятно позора на лице физики в начале 80-х годов фрэнкстейси со своими коллегами измерял эту константу в глубоких шахтах и скважинахавстралии и полученные им значение оказалась примерно на один процент вышеофициального значения принятая в настоящее времявторое лабораторное подтверждение считается что кавендиш 1продемонстрировал гравитационное притяжение у лабораторных болвана чикиспользовав крутильные весы горизонтальные коромысло с грузиками наконцах подвешенных на тонкой струне коромысло могло поворачиваться на тонкойпроволоки согласно официальной версии кавендиш приблизил грузиком храмsla пару болванок по сто пятьдесят восемь килограмм с противоположныхсторон и коромысло повернулась на небольшой угол однако методика опытабыло некорректной и результаты были сфальсифицированы что убедительнодоказано физиком андреем альбертовичем гриша и вaм кавендиш долго переделывал инастраивал установку чтобы результаты подходили под высказанную ньютономсреднюю плотность земли методика самого опыта предусматривала движение болванокнесколько раз а причиной поворота коромысло служили микро вибрации отдвижения болванок которые передавались на подвес это подтверждается тем чтотакая простейшая установка в учебных целях должна была бы стоять если не вкаждой школе то хотя бы на физических факультетах вузов чтобы на практикепоказывать студентам результат действия закона всемирного тяготенияоднако установка кавендиша не используется в учебных программах ишкольники и студенты верят на слово что 2 болванки притягивают друг друга третьестранности луны если подставить в формулу законавсемирного тяготения справочные данные по земле луне и солнцу то в момент когдалуна пролетает между землей и солнцем например в момент солнечного затмениясила притяжения между солнцем и луной более чем в два раза выше чем междуземлей и луной согласно формуле луна должна была будете с орбитой землиначать вращаться вокруг солнца луна помимо прочего не проявляет своихпритягивающих свойств по отношению к земле пара земля луна движется не вокругобщего центра масс как это было бы по закону всемирного тяготения иэллипсоидная орбиты земли вопреки этому закону не становится зигзагообразныйболее того параметры орбиты самой луны не остаются постоянными орбита понаучной терминологии эволюционирует причем делает это вопрекизакону всемирного тяготения как же так скажете вы ведь дажешкольники знают про океанские приливы на земле которые происходят из-запритяжения воды к солнцу и луне по теории тяготение луны формируютприливной эллипсоид в океане с 2 а приливными горбами которые из-засуточного вращения перемещаются по поверхности землиоднако практика показывает абсурдность этих теорий ведь согласно ним приливнойгорб высотой 1 метр за шесть часов должен через пролив дрейка переместитьсяиз тихого океанов атлантический поскольку вода несжимаема то масса водыподняло бы уровень на высоту около десяти метров чего не происходит напрактике на практике приливные явления происходит автономно в областях 10002000 километров еще лапласа изумляла парадокс почему в морских портах францииполная вода наступает последовательно хотя по концепции приливного эллипсоидаона должна наступать там одновременно четвертое измерение гравитации принципизмерений гравитации прост граббе митры измеряют вертикальныекомпоненты отклонения от веса показываетгоризонтальные компоненты первая попытка проверки теории тяготения масс былапредпринята англичанами в середине 18 века на берегу индийского океана где содной стороны находится высочайшая в мире каменная гряда гималаев а с другойчаша океана заполненная куда менее массивной водой но увы ответ в сторонугималаев не отклоняется более того сверхчувствительные приборыграве митры не обнаруживают разницы в тяжестипробного тела на одинаковой высоте как над массивными горамитак и над менее плотными морями километровой глубинычтобы спасти прижившийся теорию ученые придумали для нее подпоркуякобы причиной тому и за 100 зия под морями располагаются более плотныепороды а под горами рыхлые причем плотность их точь-в-точьтакая чтобы подогнать все под нужное значение также опытным путем былоустановлено что граве митры в глубоких шахтах показывают что сила тяжести неуменьшается с глубиной она продолжает расти будучи зависимыйтолько от квадрата расстояния до центра землисуществуют природные аномалии гравитации которые также не находят никакоговнятного объяснения у официальной науки вот несколько таких примеров реальнонаверх едет вот это вот наша парковка вот это вотснегири не сибири от этого да вот вот такая штука и вот туда уходит у нас этосамое и бежит и нас такая речка она течет останавливали вот и спрашивалискажи пожалуйста как вот вы думаете здесь есть уклон вот этот или намкажется или или какой-то оптический обман речка речкаона течет наше время магия вверх скоплением машину обученыэтой горной дороге дело обычно туристы из армении иностранцы непременноостанавливаются чтобы своими глазами увидеть чудо дорога поднимается впригорок под углом примерно в 10 градусов однако каждого водителя ощущаетчто привычная сила тяжести в этом случае не затрудняет движение убедиться в томчто это аномальная зона поможет простой опыт машины вместо того чтобыскатываться вниз без моего вмешательства поднимается в гору на некоторых участках машина даженабирает скорость и пешком подниматься по склону явно легче говорят туристыокончательно разрушает привычное представление законов природы рекакоторая здесь течет вверх 5 отсутствие у малых космических тел гравитациинезависимости га тени и от вещества подтверждается тем что за редчайшимисключением у малых тел солнечной системыгравитационная притягивающая способность отсутствует полностью за исключениемлуны и титана у более чем 6 десятков спутников планет признаков собственноготяготения не наблюдается это доказано как косвенными так и прямыми измеренияминапример с 2004 года зонд кассини в окрестностях сатурна время от временипролетает рядом с его спутниками однако изменение скорости зонда незафиксировано с помощью того же к синей был обнаружен гейзер на энцеладе шестомпо размеру спутнике сатурна какие физические процессы должныпроисходить на космическом куски льда чтобы струи пара улетали в космос по тойже причине у титана крупнейшего спутника сатурна наблюдается газовый хвост какследствия стока атмосферы не найдено предсказано к теории спутников уастероидов несмотря на их огромное количество а во всех сообщениях одвойных или парных астероидах которые якобы вращаются вокруг общего центрамасс свидетельств об обращении этих пар не было компаньоны случайно оказывалисьрядом двигаясь по квази синхронным орбитам вокруг солнца предпринятыепопытки вывести на орбиту астероидов искусственные спутники окончились крахомв качестве примеров можно привести зон мир который подгоняли к астероиду rsамериканцы или зонт hayabusa которые японцы отправили к астероиду и такогошестое альтернативные исследования существует большое количествоальтернативных исследований с впечатляющими результатами в областигравитации которые в корне опровергают теоретические выкладки официальной наукемало кто знает что виктор степанович гребенников сибирский энтомологзанимавшийся изучением эффекта полостных структур у насекомых в книге мой мирописывал явление антигравитации у насекомых ученым давно известно чтомассивные насекомые например майский жук летают скорее вопреки законам гравитацииони благодаря им более того на основе своих исследований гребенников создалантигравитационную платформу виктор степановичумер при довольно странных обстоятельствах и его наработки частичнобыли утеряны однако некоторая часть прототипа антигравитационной платформысохранилась ее можно увидеть в музее гребенникова в новосибирске еще однопрактическое применение антигравитации можно наблюдать в городе хомстед вофлориде где находится странная структура из коралловых монолитных глыб которую внароде прозвали коралловым замком он построен выходцам из латвии эдвардом лицколеном в первой половине двадцатого века у этого мужчины худощавоготелосложения не было никаких инструментовне было даже машины и вообще никакой техники он совсем не пользовалсяэлектричеством также по причине его отсутствия и тем не менее каким-тообразом спускался к океану где вычесывала многотонные каменные блоки икак-то доставлял их на свой участок выкладывая с идеальной точностью послесмерти и до ученые принялись тщательно изучать его творение ради экспериментабыл пригнан мощнейший бульдозер и предпринята попытка сдвинуть с местаодну из 30 тонн их глыб кораллового замкабульдозер ревел буксовал но так и не сдвинул огромный камень внутри замка былнайден странный прибор который ученые назвали генератором постоянного токаэто была массивная конструкция с множеством металлических деталей повнешней стороне устройства были встроены 240 постоянных полосовых магнитно как на самом деле эдвард let»s колин заставлял двигаться многотонные блоки досих пор остается загадкой некоторые исследователи анализируютвибрационную природу антигравитации этот эффект наглядно представлен современномопыте где капли за счет акустической левитациивисят в воздухе здесь мы видим как с помощью звука определенные частотыудается уверенно удерживать капли жидкости в воздухе а вот эффект которыйна первый взгляд легко объясним принципам гироскопа однако даже такойпростой опыт по большей части противоречат гравитации в ее современномпонимании известны исследования джона серла вруках которого оживали вращались и вырабатывали энергию необычныегенераторы диски диаметром от полуметра до 10 метров поднимались в воздух исовершали управляемые полеты из лондона в корнуэлл и обратно экспериментыпрофессора повторили в россии и сша и тайване в россии например в девяностодевятом году было зарегистрировано заявка на патент устройство длявыработки механической энергии владимир витальевич рощин и сергей михайловичгоден по сути вас провели генератор на серу эффекте и провели ряд исследованийс ним итогом стала констатация можно получить без затрат 7 киловаттаэлектроэнергии а вращающийся генератор терял в весе до сорока процентовоборудование первой лаборатории серла было вывезено в неизвестном направлениипока сам он был в тюрьме установка водяные рощина просто пропалавсе публикации они за исключением заявки на изобретениеисчезли 7 гравитация и теория относительностипо современным представлением скорость света конечно в результате удаленныеобъекты мы видим не там где они расположены в данный момент а в тойточке откуда стартовал увиденные нами луч света но с какой скоростьюраспространяется тяготение проанализировав данные накопленные еще ктому времени лапласу установил что гравитация распространяется быстреесвета как минимум на 7 порядков современные измерения по приемуимпульсов пульсаров отодвинули скорость распространения гравитации еще дальшекак минимум на десять порядков быстрее скорости света таким образомэкспериментальные исследования входят в противоречие с общей теориейотносительности на которую до сих пор опирается официальная наука несмотря наее полную несостоятельность на самом деле ортодоксальная наука расписалась всобственном бессилии когда ввела в научный оборот такназываемую темную материю тогда было обнаружено что спиральные галактикивращаются как единое целое что противоречит закону кеплера вопрекизакону всемирного тяготения звезды на перифериивращаются слишком быстро и должны были разлететься под действием центробежныхсил при этом всевозможные поиски частиц тёмной материи с помощью самыхчувствительных приборов ни к чему не привели а ведь еще в началепрошлого века в ученым было известно что пространство вокруг нас не являетсяпустым она все полностью заполнено множествомразличных материй или первоматерии в терминологии концепции неоднороднойвселенной в то время эти первоматерии называли эфиром и были полученыубедительные доказательства его существования например известные опытыdaytona миллера описанные в статье теория вселенной и объективнаяреальность однако в определенный момент мировая научная мысль была намеренновведена в ложную сторону и именно поэтому до сих пор нет внятного научногообъяснения природы гравитации в ближайшее время на нашем канале выйдетподробный материал на эту тему поэтому рекомендуем настроить уведомления чтобыне пропустить актуальные видео

История измерения

Гравитационная постоянная фигурирует в современной записи закона всемирного тяготения , однако отсутствовала в явном виде у Ньютона и в работах других ученых вплоть до начала XIX века. Гравитационная постоянная в нынешнем виде впервые была введена в закон всемирного тяготения, по-видимому, только после перехода к единой метрической системе мер. Возможно впервые это было сделано французским физиком Пуассоном в «Трактате по механике» (1809), по крайней мере никаких более ранних работ, в которых фигурировала бы гравитационная постоянная, историками не выявлено [] .

G = 6,67554(16) × 10 −11 м 3 ·с −2 ·кг −1 (стандартная относительная погрешность 25 ppm (или 0,0025 %), первоначальное опубликованное значение несколько отличалось от окончательного из-за ошибки в расчётах и было позже исправлено авторами) .

Квантово-релятивистская формулировка гравитационной постоянной

В 1922 году чикагский физик Артур Лунн (Arthur C. Lunn) рассмотрел возможную связь гравитационной постоянной с постоянной тонкой структуры посредством соотношения G m e 2 e 2 = α 17 2048 π 6 , {displaystyle {frac {G{m_{e}}^{2}}{e^{2}}}={frac {alpha ^{17}}{2048pi ^{6}}},} где — масса электрона, e {displaystyle e} — заряд электрона.Учитывая современный подход к определению интенсивностей взаимодействий, эта формула должна быть записана в следующем виде:

G = 3 α 18 ℏ c m p a 2 , {displaystyle G={sqrt {3}}alpha ^{18}{frac {hbar c}{m_{pa}^{2}}},}

где ℏ = h / 2 π {displaystyle hbar =h/2pi } — постоянная Дирака (или приведённая постоянная Планка), c {displaystyle c} — скорость света в вакууме, — космологическая константа — присоединённая масса протона.Для получения точного значения G {displaystyle G} полагаем m p a = 1.68082 ∗ 10 − 27 {displaystyle m_{pa}=1.68082*10^{-27}}, т.е. значение m p a {displaystyle m_{pa}} всего на 9 электронных масс превышает массу протона .

Таким образом, вместо G {displaystyle G} вводится физически осмысленная космологическая константа m p a {displaystyle m_{pa}}. Простейшая интерпретация такова: присоединённая масса протона m p a {displaystyle m_{pa}} равна массе протона m p {displaystyle m_{p}} и массе электрона m e {displaystyle m_{e}} (т.е. массе атома водорода), причём их суммарная кинетическая энергия равна 4 Mev (масса восьми электронов).В такой формулировке закон Ньютона говорит нам, что в первом приближении Вселенная в основном состоит из горячего водорода. Во-втором приближении следует учесть, что на один нуклон приходится не менее 20 миллиардов фотонов.

См. также

Примечания

1. В общей теории относительности обозначения, использующие букву G, применяются редко, поскольку там эта буква обычно используется для обозначения тензора Эйнштейна.
2. По определению массы, входящие в это уравнение, — гравитационные массы , однако расхождения между величиной гравитационной и инертной массы какого-либо тела до сих пор не обнаружено экспериментально. Теоретически в рамках современных представлений они вряд ли отличаются. Это в целом было стандартным предположением и со времен Ньютона.
3. Новые измерения гравитационной постоянной еще сильнее запутывают ситуацию // Элементы.ру , 13.09.2013
4. CODATA Internationally recommended values of the Fundamental Physical Constants (англ.). Дата обращения 20 мая 2019.
5. Разные авторы указывают разный результат, от 6,754⋅10 −11 м²/кг² до (6,60 ± 0,04)⋅10 −11 м³/(кг·с³) — см. Эксперимент Кавендиша#Вычисленное значение .
6. Игорь Иванов. Новые измерения гравитационной постоянной ещё сильнее запутывают ситуацию (неопр.) (13 сентября 2013). Дата обращения 14 сентября 2013.
7. Так ли постоянна гравитационная постоянная? Архивная копия от 14 июля 2014 на Wayback Machine Новости науки на портале cnews.ru // публикация от 26.09.2002
8. Brooks, Michael Can Earth»s magnetic field sway gravity? (неопр.). NewScientist (21 September 2002). [Архивная копия на Wayback Machine Архивировано] 8 февраля 2011 года.
9. Ерошенко Ю. Н.

Для объяснения наблюдаемой эволюции Вселенной в рамках существующихтеорий, приходится допустить, что одни фундаментальные постоянные болеепостоянны, чем другие

В ряду фундаментальных физических констант — скорость света, постоянная Планка, заряд и масса электрона — гравитационная постоянная стоит как-то особняком. Даже история её измерения изложена в знаменитых энциклопедиях Britannica и Larousse , не говоря уж о «Физической энциклопедии» , с ошибками. Из соответствующих статей в них читатель узнает, что её численное значение впервые определил в прецизионных экспериментах 1797–1798 годов знаменитый английский физик и химик Генри Кавендиш (Henry Cavendish , 1731–1810), герцог Девонширский. В действительности Кавендиш измерял среднюю плотность Земли (его данные, кстати, всего лишь на полпроцента отличаются от результатов современных исследований). Располагая же информацией о плотности Земли, мы легко можем вычислить её массу, а зная массу, определить гравитационную постоянную.

Интрига состоит в том, что во времена Кавендиша понятия гравитационной постоянной ещё не существовало, и закон всемирного тяготения не принято было записывать в привычном для нас виде. Напомним, что сила тяготения пропорциональна произведению масс тяготеющих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между этими телами, коэффициентом же пропорциональности как раз и является гравитационная постоянная. Такая форма записи ньютоновского закона появляется только в XIX столетии. А первые опыты, в которых измерялась именно гравитационная постоянная, были выполнены уже в конце столетия — в 1884 году.

Как отмечает российский историк науки Константин Томилин , гравитационная постоянная отличается от других фундаментальных постоянных ещё и тем, что с ней не связан естественный масштаб какой-либо физической величины. В то же время скорость света определяет предельное значение скорости, а постоянная Планка — минимальное изменение действия.

И только в отношении гравитационной постоянной была высказана гипотеза о том, что её численное значение, возможно, меняется со временем. Впервые эту идею сформулировал в 1933 году английский астрофизик Эдвард Милн (Edward Arthur Milne , 1896–1950), а в 1937 году знаменитый английский физик-теоретик Поль Дирак (Paul Dirac , 1902–1984), в рамках так называемой «гипотезы больших чисел», предположил, что гравитационная постоянная уменьшается с течением космологического времени. Гипотеза Дирака занимает важное место в истории теоретической физики ХХ века, однако никаких более или менее надежных экспериментальных подтверждений её не известно.

С гравитационной постоянной непосредственно связана так называемая «космологическая постоянная», впервые появившаяся в уравнениях общей теории относительности Альберта Эйнштейна . Обнаружив, что эти уравнения описывают либо расширяющуюся, либо сжимающуюся вселенную, Эйнштейн искусственно добавил в уравнения «космологический член», обеспечивавший существование стационарных решений. Его физический смысл сводился к существованию силы, компенсирующей силы всемирного тяготения и проявляющейся лишь на очень больших масштабах. Несостоятельность модели стационарной Вселенной стала для Эйнштейна очевидной после выхода в свет работ американского астронома Эдвина Хаббла (Edwin Powell Hubble , 1889–1953) и советского математика Александра Фридмана , доказавших справедливость иной модели, согласно которой Вселенная расширяется во времени . В 1931 году Эйнштейн отказался от космологической постоянной, назвав её в частной беседе «величайшей ошибкой своей жизни».

История, однако, на этом не закончилась. После того как было установлено, что последние пять миллиардов лет расширение Вселенной происходит с ускорением , вопрос о существовании антигравитации вновь стал актуальным; вместе с ним в космологию вернулась и космологическая постоянная. При этом современные космологи связывают антигравитацию с присутствием во Вселенной так называемой «темной энергии» .

И гравитационная постоянная, и космологическая постоянная, и «темная энергия» были предметом активных дискуссий на недавней конференции в Имперском Колледже Лондона (London Imperial College), посвященной нерешенным проблемам в стандартной модели космологии. Одна из наиболее радикальных гипотез была сформулирована в докладе Филиппа Мангейма (Philip Mannheim) — специалиста по физике элементарных частиц из университета Коннектикута в Шторсе (University of Connecticut in Storrs). Фактически Мангейм предложил лишить гравитационную постоянную статуса универсальной постоянной. Согласно его гипотезе, «табличное значение» гравитационной постоянной определено в лаборатории, находящейся на Земле, и им можно пользоваться только в пределах Солнечной системы . В космологических же масштабах гравитационная постоянная имеет другое, существенно меньшее численное значение, которое можно рассчитать методами физики элементарных частиц.

Представляя свою гипотезу коллегам, Мангейм прежде всего стремился приблизить решение весьма актуальной для космологии «проблемы космологической постоянной». Суть этой проблемы в следующем. По современным представлениям, космологическая постоянная характеризует скорость расширения Вселенной. Её численное значение, найденное теоретически методами квантовой теории поля, в 10 120 раз превышает полученное из наблюдений. Теоретическое значение космологической постоянной столь велико, что при соответствующей скорости расширения Вселенной звезды и галактики просто не успели бы сформироваться.

Свою гипотезу о существовании двух разных гравитационных постоянных — для солнечной системы и для межгалактических масштабов — Мангейм обосновывает следующим образом. По его словам, в наблюдениях на самом деле определяется не сама космологическая постоянная, а некоторая величина, пропорциональная произведению космологической постоянной на гравитационную постоянную. Предположим, что в межгалактических масштабах гравитационная постоянная очень мала, а значение космологической постоянной соответствует расчетному и очень велико. В этом случае произведение двух постоянных вполне может быть малой величиной, что не противоречит наблюдениям. «Возможно, пришло время отказаться считать космологическую постоянную малой величиной, — говорит Мангейм, — просто принять, что она велика, и исходить из этого». В этом случае «проблема космологической постоянной» оказывается решенной.

Предлагаемое Мангеймом решение выглядит простым, но цена, которую придется заплатить за него, очень велика. Как отмечает Зейя Мерали (Zeeya Merali) в статье «Two constants are better than one», опубликованной журналом New scientist 28 апреля 2007 года, вводя два разных численных значения гравитационной постоянной, Мангейм неизбежно должен отказаться от уравнений общей теории относительности Эйнштейна. Кроме того, гипотеза Мангейма делает излишним принятое большинством космологов представление о «темной энергии», поскольку малое значение гравитационной постоянной на космологических масштабах уже само по себе эквивалентно предположению о существовании антигравитации.

Кейт Хорн (Keith Horne) из британского университета св. Андрея (University of St Andrew) приветствует гипотезу Мангейма, поскольку в ней использованы фундаментальные принципы физики элементарных частиц: «Она очень элегантна, и было бы просто замечательно, если бы она оказалась правильной». По словам Хорн, в этом случае нам удалось бы объединить физику элементарных частиц и теорию гравитации в одну весьма привлекательную теорию.

Но с ней согласны далеко не все. New Scientist приводит и мнение космолога Тома Шэнкса (Tom Shanks), что некоторые явления, очень хорошо укладывающиеся в стандартную модель, — например, недавние измерения реликтового излучения , и движения двойных пульсаров, — вряд ли окажутся так же легко объяснимы в теории Мангейма.

Сам Мангейм не отрицает проблем, с которыми сталкивается его гипотеза, замечая при этом, что считает их намного менее значимыми в сравнении с трудностями стандартной космологической модели: «Её разрабатывают сотни космологов, и тем не менее она неудовлетворительна на 120 порядков».

Надо отметить, что Мангейм нашел некоторое количество сторонников, поддержавших его, дабы исключить худшее. К худшему они отнесли выдвинутую в 2006 году гипотезу Пола Штейнхарда (Paul Steinhardt) из Принстонского университета (Princeton University) и Нила Тьюрока (Neil Turok) из Кембриджа (Cambridge University), согласно которой Вселенная периодически рождается и исчезает, причем в каждом из циклов (длящемся триллион лет) происходит свой Большой Взрыв , и при этом в каждом цикле численное значение космологической постоянной оказывается меньше, нежели в предыдущем. Крайне незначительная величина космологической постоянной, зафиксированная в наблюдениях, означает тогда, что наша Вселенная — очень дальнее звено в очень длинной цепи рождающихся и исчезающих миров…

Когда Ньютон открыл закон всемирного тяготения, он не знал ни одного числового значения масс небесных тел, в том числе и Земли. Неизвестно ему было и значение постоянной G.

Между тем гравитационная постоянная G имеет для всех тел Вселенной одно и то же значение и является одной из фундаментальных физических констант. Каким же образом можно найти ее значение?

Из закона всемирного тяготения следует, что G = Fr 2 /(m 1 m 2). Значит, для того чтобы найти G, нужно измерить силу притяжения F между телами известных масс m 1 и m 2 и расстояние r между ними.

Первые измерения гравитационной постоянной были осуществлены в середине XVIII в. Оценить, правда весьма грубо, значение G в то время удалось в результате рассмотрения притяжения маятника к горе, масса которой была определена геологическими методами.

Точные измерения гравитационной постоянной впервые были проведены в 1798 г. замечательным ученым Генри Кавендишем — богатым английским лордом, прослывшим чудаковатым и нелюдимым человеком. С помощью так называемых крутильных весов (рис. 101) Кавендиш по углу закручивания нити А сумел измерить ничтожно малую силу притяжения между маленькими и большими металлическими шарами. Для этого ему пришлось использовать столь чувствительную аппаратуру, что даже слабые воздушные потоки могли исказить измерения. Поэтому, чтобы исключить посторонние влияния, Кавендиш разместил свою аппаратуру в ящике, который оставил в комнате, а сам проводил наблюдения за аппаратурой с помощью телескопа из другого помещения.

Опыты показали, что

G ≈ 6,67 · 10 –11 Н · м 2 /кг 2 .

Физический смысл гравитационной постоянной заключается в том, что она численно равна силе, с которой притягиваются две частицы с массой по 1 кг каждая, находящиеся на расстоянии 1 м друг от друга. Эта сила, таким образом, оказывается чрезвычайно малой — всего лишь 6,67 · 10 –11 Н. Хорошо это или плохо? Расчеты показывают, что если бы гравитационная постоянная в нашей Вселенной имела значение, скажем, в 100 раз большее, чем приведенное выше, то это привело бы к тому, что время существования звезд, в том числе Солнца, резко уменьшилось бы и разумная жизнь на Земле появиться бы не успела. Другими словами, нас бы с вами сейчас не было!

Малое значение G приводит к тому, что гравитационное взаимодействие между обычными телами, не говоря уже об атомах и молекулах, является очень слабым. Два человека массой по 60 кг на расстоянии 1 м друг от друга притягиваются с силой, равной всего лишь 0,24 мкН.

Однако по мере увеличения масс тел роль гравитационного взаимодействия возрастает. Так, например, сила взаимного притяжения Земли и Луны достигает 10 20 Н, а притяжение Земли Солнцем еще в 150 раз сильнее. Поэтому движение планет и звезд уже полностью определяется гравитационными силами.

В ходе своих опытов Кавендиш также впервые доказал, что не только планеты, но и обычные, окружающие нас в повседневной жизни тела притягиваются по тому же закону тяготения, который был открыт Ньютоном в результате анализа астрономических данных. Этот закон действительно является законом всемирного тяготения.

«Закон тяготения универсален. Он простирается на огромные расстояния. И Ньютон, которого интересовала Солнечная система, вполне мог бы предсказать, что получится из опыта Кавендиша, ибо весы Кавендиша, два притягивающихся шара, — это маленькая модель Солнечной системы. Если увеличить ее в десять миллионов миллионов раз, то мы получим Солнечную систему. Увеличим еще в десять миллионов миллионов раз — и вот вам галактики, которые притягиваются друг к другу по тому же самому закону. Вышивая свой узор, Природа пользуется лишь самыми длинными нитями, и всякий, даже самый маленький, образчик его может открыть нам глаза на строение целого» (Р. Фейнман).

1. В чем заключается физический смысл гравитационной постоянной? 2. Кем впервые были проделаны точные измерения этой постоянной? 3. К чему приводит малость значения гравитационной постоянной? 4. Почему, сидя рядом с товарищем за партой, вы не ощущаете притяжение к нему?